小鼠脑干单核与空间转录组解析揭示轻度创伤性脑损伤的神经元-胶质互作新机制

针对脑干在轻度创伤性脑损伤(mTBI)中功能紊乱机制不明的难题，北京神经外科研究所团队通过单核RNA测序(snRNA-seq)和空间转录组技术，系统绘制了正常与mTBI雄性小鼠脑干的35种神经元/非神经元集群图谱，首次发现中线区多递质共释放神经元亚型，揭示损伤后1小时第四脑室周围少突胶质细胞(MOL-4)广泛脱连接及24小时蓝斑区去甲肾上腺素能神经元(Net-Glu)功能增强的双时相特征，为脑干环路修复提供新靶点。

　　

论文解读
作为连接大脑与脊髓的"生命中枢"，脑干调控着呼吸、心跳等基本生命活动，其复杂的核团排列和神经网络使得研究极具挑战性。尤其当遭遇轻度创伤性脑损伤(mTBI)时，旋转剪切力常导致脑干自主神经功能长期紊乱，但传统解剖学难以揭示其细胞分子机制。更棘手的是，脑干神经元存在大量多递质共释放现象，而损伤后胶质细胞-神经元互作变化仍是未解之谜。这些认知空白严重制约了mTBI后昏迷、血压异常等并发症的治疗。

北京神经外科研究所的Yuan Zhuang、Xixian Liao等研究者创新性地联合单核RNA测序和空间转录组技术，首次绘制了雄性小鼠脑干在正常和mTBI状态下的全景细胞图谱。通过建立2.6cm落锤损伤模型，团队在29,035个核测序数据中鉴定出35个细胞簇，发现脑干中线区存在12类谷氨酸能神经元(Glu)亚型，其中Glu-GABA-Net-choline亚型可同时释放三种神经递质。空间定位显示这些特殊神经元密集分布于桥脑网状核(PnO)和中间网状核(IRt)，与相邻细胞共享基因表达模块。

研究采用的关键技术包括：10x Genomics单核RNA测序（样本来自C57BL/6小鼠脑干）、Visium空间转录组（830μm矢状切面）、CellChat细胞互作预测、hdWGCNA基因共表达网络分析，以及Slingshot伪时序轨迹分析。

主要发现

1. 脑干神经元多样性：通过Snap25标记区分出18个神经元和17个非神经元集群。谷氨酸能神经元占比最高(49%)，其中11亚型存在多递质共释放，如同时表达Slc17a6/Slc6a1的Glu-GABA神经元。不同于大脑皮层，脑干GABA能神经元中罕见Sst/Vip阳性亚型，但富含Reln表达亚群。

2. 空间分布特征：Robust Cell Type Decomposition(RCTD)空间映射显示，多巴胺能神经元(Th⁺)集中于腹侧被盖区(VTA)，而纯去甲肾上腺素能神经元(Dbh⁺)特异地富集于蓝斑(LC)。引人注目的是，Gly-Glu-GABA(Pvalb)三联递质神经元沿三叉神经脊束核(Sp5)呈条带状分布。

3. 急性期胶质反应：损伤1小时后少突胶质细胞比例骤降20.1%（对照组23.8%），其中成熟亚型MOL-4特异性增多。伪时序分析显示该群体高表达内吞作用相关基因，但轴突导向(如Slit2)和GABA能突触通路基因显著下调，提示其与周围Net-Glu神经元的连接中断。

4. 蓝斑功能重塑：损伤24小时后，SCENIC分析鉴定出33个激活的转录因子（如Essrg、Creb5），驱动Dbh/Slc6a2表达上调。CellChat预测蓝斑神经元与IRt区Glu-GABA-Net-choline神经元的连接强度增加3倍，这可能是通过孤束核(Sol)-蓝斑通路实现自主神经功能代偿。

研究意义
该研究首次在单细胞分辨率揭示脑干"多递质编码"的神经环路基础，突破性地发现mTBI后存在双阶段病理过程：急性期以少突胶质细胞髓鞘失联络为主，而恢复期则呈现去甲肾上腺素能神经元的代偿性超活化。空间转录组数据证实MOL-4集群与第四脑室周边Net-Glu神经元的空间毗邻关系，为解释临床常见的迟发性自主神经障碍提供新机制。特别值得注意的是，Glu-GABA-Net-choline等特殊神经元亚型在脑干中线区的富集，暗示其可能作为"神经调谐枢纽"整合多模态信息。这些发现不仅为开发靶向蓝斑的迷走神经刺激(VNS)疗法提供分子依据，更建立了脑干研究从基因模块到空间定位的多尺度分析范式。